一泵多枪液氢加注控制系统及方法

技术领域

本发明涉及液氢加注领域，特别是一泵多枪液氢加注控制系统及方法。

背景技术

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，我国具有良好的制氢基础与大规模的应用市场，发展氢能优势显著。相比于气态氢，液氢具有高效可控、不易污染、品质稳定等特点，将成为燃料电池汽车规模化应用的重要推动力。

在液氢加注过程中，在加注前需要将加注相关管路预冷，目前一般利用液氢自身的冷能来预冷加注相关管路，即液氢通过潜液泵进入加注相关管路中，最后通过管路回到液氢储罐内。在一泵多枪的加注系统中，当一条加注枪正在加注的情况下，另一条枪也准备加注并开始预冷时，由于开始预冷瞬间加注相关管路将会连通液氢储罐，导致加注管路压力瞬间降低，进一步导致正在加注的加注枪停机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一泵多枪液氢加注控制系统及方法。避免一泵多枪使用场景中一些加注枪正在加注时另一条加注枪开始预冷导致处于加注状态的加注枪停机。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一泵多枪液氢加注控制系统，包括液氢储罐、潜液泵、加氢机回液管路和控制器。液氢储罐用于储存液氢，所述液氢储罐上设置有第一压力监控装置；潜液泵通过管路与所述液氢储罐连通；多个所述加氢机均通过进液管路与所述潜液泵连通；多个加氢机均通过所述回液管路与所述液氢储罐连通，所述回液管路上设置有用于控制管路开闭程度的背压装置，背压装置与加氢机之间的回液管路上设置有第二压力监控装置；所述第一压力监控装置、第二压力监控装置、加氢机和背压装置均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制背压装置的开闭程度。

本发明通过设置背压装置，使一个加注枪在加注，另一个加注枪开始预冷时，使加注管路内保持一定的压力，进而避免正在加注的加注枪瞬间停机。

在一些实施例中，所述加氢机包括加注枪、第一通断阀和第二通断阀，所述进液管路分别连通所述加注枪与回液管路，所述进液管路与加注枪之间设置第一通断阀，所述进液管路与回液管路之间设置第二通断阀。第一通断阀控制进液管路与加注枪的通断，第二通断阀控制进液管路与回液管路的通断。

在一些实施例中，所述第一通断阀与第二通断阀均包括气动阀。气动阀提高加氢机的整体安全性。

在一些实施例中，所述第一压力监控装置和第二压力监控装置均包括压力变送器。压力变送器将压力信号转化为电信号传输给控制器。

在一些实施例中，所述背压装置包括比例阀。比例阀可精确控制管路的开闭程度，便于控制管路压力。

在一些实施例中，所述控制器包括MCU或PLC。控制器通过输入的电信号经计算后输出电信号控制整个系统。

在一些实施例中，所述第一压力监控装置和第二压力监控装置上分别连接有压力显示装置。压力显示装置为压力表，便于工作人员在现场查看管路内压力。

在一些实施例中，所述回液管路上背压装置与液氢储罐之间设置有安全阀。安全阀避免意外事故。

本发明还提供了一种一泵多枪液氢加注控制方法，利用上述的一泵多枪液氢加注控制系统，包括以下步骤：

预设背压装置前后目标压差Pm；

获取加氢机工作状态、第一压力监控装置的压力数据P1和第二压力监控装置的压力数据P2；

计算背压装置前后实际压差Pm＇＝P2-P1；

根据不同加氢机处于加注状态或预冷状态或未使用状态，对背压装置的开闭程度进行调节，具体如下：

若有加氢机处于加注状态的同时有加氢机处于预冷状态，则控制背压装置开闭程度以控制P2使Pm＝Pm＇；

若所有加氢机均未处于加注状态，则控制背压装置全开。

本发明中，通过将背压装置前后实际压差与目标压差的差值进行PID运算，以控制背压装置的开闭程度，使实际压差快速达到目标压差并稳定。

在一些实施例中，当所述加氢机处于加注状态时，所述控制器控制处于加注状态的所述加氢机使回液管路与进液管路断开；当所述加氢机处于预冷状态时，所述控制器控制处于预冷状态的所述加氢机使回液管路与进液管路连通。

本发明具有以下优点：

利用背压装置，当存在加氢机正在加注，另一加氢机准备加注并开始预冷时，控制回液管路的开闭程度，使回液管路部分开启，进而使背压装置前后保持一定的压差，避免正在加注的加氢机失去压力瞬间停机。

此外，当没有加氢机在加注液氢的情况下，首个加氢机开始预冷时，可控制背压装置全开，使液氢快速循环，快速预冷。

附图说明

图1为本发明的一泵多枪液氢加注控制系统的结构示意图；

图2为本发明的一泵多枪液氢加注控制系统的原理图；

图3为本发明的一泵多枪液氢加注控制方法的控制流程图；

图中：1、液氢储罐；2、潜液泵；3、进液管路；4、加氢机；41、第一通断阀；42、第二通断阀；5、回液管路；6、背压装置；7、第一压力监控装置；8、第二压力监控装置；9、压力显示装置；10、安全阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-2所示，一泵多枪液氢加注控制系统，包括液氢储罐1、潜液泵2、加氢机4、回液管路5和控制器；液氢储罐1用于储存液氢，所述液氢储罐1上设置有第一压力监控装置7；潜液泵2通过管路与所述液氢储罐1连通；多个所述加氢机4均通过进液管路3与所述潜液泵2连通；多个加氢机4均通过所述回液管路5与所述液氢储罐1连通，所述回液管路5上设置有用于控制管路开闭程度的背压装置6，背压装置6与加氢机4之间的回液管路5上设置有第二压力监控装置8；所述第一压力监控装置7、第二压力监控装置8、加氢机4和背压装置6均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制背压装置6的开闭程度。

在本实施例中，具体地，若干个加氢机4均通过一个潜液泵2供应液氢，加注时，多根进液管路3连通，压力均等。回液管路5设置有一条主管与若干条支管，一个背压装置6设置在主管上，若干台加氢机4分别通过多条支管与所述主管连通，并通过主管与所述液氢储罐1连通。当加氢机4处于加注状态时，进液管路3与回液管路5断开，进液管路3连通被加注容器；当加氢机4处于预冷状态时，进液管路3直接连通回液管路5，进液管路3中的液氢经过回液管路5直接回到液氢储罐1中，对加氢机4中的管路进行预冷。

优选地，所述加氢机4包括加注枪、第一通断阀41和第二通断阀42，所述进液管路3分别连通所述加注枪与回液管路5，所述进液管路3与加注枪之间设置第一通断阀41，所述进液管路3与回液管路5之间设置第二通断阀42，在本实施例中，具体地，加注枪通过RS485模块与控制器进行通信连接，控制器以判断加氢机4是否处于加注状态。当加氢机4处于加注状态时，第一通断阀41开启，第二通断阀42关闭；当加氢机4处于预冷状态时，第一通断阀41关闭，第二通断阀42开启，使进液管路3与回液管路5连通。

优选地，所述第一通断阀41与第二通断阀42均包括气动阀，气动阀具有较高的安全性，在加氢机4中设置气动阀，提升系统的整体安全性。

优选地，所述第一压力监控装置7和第二压力监控装置8均包括压力变送器，压力变送器便于将压力信号转化为电信号，传输给控制器。

优选地，所述背压装置6包括比例阀。通过比例阀，比例阀可精确控制回液管路5的开闭，以达到精确控制背压装置6前后压差的目的。

优选地，所述控制器包括MCU或PLC。

优选地，所述第一压力监控装置7和第二压力监控装置8上分别连接有压力显示装置9。本实施例中，压力显示装置9为压力表，压力表可便于操作人员在现场直接查看管路中压力情况。

优选地，所述回液管路5上背压装置6与液氢储罐1之间设置有安全阀10，液氢储罐1中压力过高时，安全阀10开启泄压，安全阀10提高系统整体的安全性。

如图3所示，本发明还提供了一种一泵多枪液氢加注控制方法，基于上述系统，具体步骤包括：

步骤一，预设背压装置6前后目标压差Pm；

步骤二，获取加氢机4工作状态、第一压力监控装置7的压力数据P1和第二压力监控装置8的压力数据P2；在本实施例中，加氢机4的工作状态包括加注状态、预冷状态以及未使用状态。

步骤三，计算背压装置6前后实际压差Pm＇＝P2-P1；

步骤四，根据不同加氢机4处于加注状态或预冷状态或未使用状态，对背压装置6的开闭程度进行调节，具体如下：

若有加氢机4处于加注状态的同时有加氢机4处于预冷状态，则控制背压装置6开闭程度以控制P2使Pm＝Pm＇；

若所有加氢机4均未处于加注状态，则控制背压装置6全开。

在本实施例中，所有加氢机4均未处于加注状态的情况包括：所有加氢机4均处于未使用状态；部分加氢机4处于预冷状态，同时部分加氢机4处于未使用状态；所有加氢机4均处于预冷状态。

综上所述，本实施例提供的一种一泵多枪液氢加注控制方法其原理为：预先在控制器中设置好背压装置6的前后目标压差。当没有加氢机4处于加注状态的情况下，有加氢机4准备加氢并开始预冷时，即第二通断阀42开启时，控制器控制背压装置6全开，使进液管路3直接连通回液管路5，通过潜液泵2，快速将液氢泵入加氢机4并循环回到液氢储罐1内，使加氢机4快速预冷。当有一台或多台加氢机4正处于加注状态的情况下，有未处于加注状态的加氢机4开始加注前的预冷工作时，控制器通过获取第一压力监控装置7和第二压力监控装置8的压力数据，计算出背压装置6前后的实际压差，通过PID算法，根据背压装置6前后的实际压差与目标压差之间的差值，控制背压装置6的开闭程度，使实际压差快速达到目标压差，并稳定维持在目标压差，避免实际压差在目标压差附近发生震荡。避免有加氢机4正处于加注状态，又有加氢机4准备加注开始预冷时，导致进液管路3直接连通回液管路5，进一步导致进液管路3中压力瞬间减小使正在加注的加氢机4停机，使有加氢机4加注的同时有加氢机4可以预冷。

优选地，当所述加氢机4处于加注状态时，所述控制器控制处于加注状态的所述加氢机4使回液管路5与进液管路3断开；当所述加氢机4处于预冷状态时，所述控制器控制处于预冷状态的所述加氢机4使回液管路5与进液管路3连通。在本实施例中，具体地，当加氢机4处于未使用状态时，控制器控制第一通断阀41和第二通断阀42均关闭；当加氢机4处于加注状态时，加注装填的加氢机4中的第一通断阀41开启，第二通断阀42关闭；当加氢机4处于预冷状态时，预冷状态的加氢机4中的第一通断阀41关闭，第二通断阀42开启。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。